DE102018103299B4 - Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart für ein mehrzylindriges Kraftfahrzeugmotorsystem mit variablem Hub - Google Patents

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Abstract

Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart für ein mehrzylindriges Kraftfahrzeugmotorsystem (100) mit variablem Hub, umfassend:Priorisieren eines Modus mit voller Drehmomentkapazität (FTC), bei dem alle Zylinder (102) mit hohem Hub arbeiten, eines ersten Wirtschaftlichkeitsmodus mit reduzierter Kapazität (RCE1), bei dem alle Zylinder (102) mit niedrigem Hub arbeiten, und eines zweiten Wirtschaftlichkeitsmodus mit reduzierter Kapazität (RCE2), bei dem weniger als alle Zylinder (102) mit niedrigem Hub arbeiten, wobei mindestens ein Zylinder (102) deaktiviert ist, wobei die Priorisierung auf dem vorhergesagten Kraftstoffverbrauch eines jeden Modus basiert;Sortieren der priorisierten Modi zwischen einem Modus mit dem niedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss, einem Modus mit dem nächst- oder zweitniedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss und einem Modus mit dem höchsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss;Anwenden mehrerer Beschränkungen auf jeden der priorisierten Modi, einschließlich einer Verstärkung als eine der Beschränkungen, die als maximale Drehmomentkapazität für jeden der Modi in Abhängigkeit eines aktuellen Ladedrucks berechnet wird,Hinzufügen eines langsamen Austrittsversatzes und eines schnellen Austrittsversatzes zur maximalen Drehmomentkapazität eines jeden Modus; undDurchführen einer Modusbestimmungsbeurteilung, um zu ermitteln, ob ein Moduswechsel erforderlich ist, wenn entweder der langsame Austrittsversatz oder der schnelle Austrittsversatz überschritten wird.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart für ein mehrzylindriges Kraftfahrzeugmotorsystem mit variablem Hub.
  • Die DE 10 2011 108 243 A1 beschreibt ein Motorsteuersystem mit einem Modul für einen Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP), einem MAP-Drehmomentmodul, einem Schwellenwertermittlungsmodul und einem Modul für einen Kraftstoffwirtschaftlichkeitsmodus (FE-Modus). Das Soll-MAP-Modul ermittelt einen Soll-MAP für den Betrieb eines Motors in einem Zylinderdeaktivierungsmodus oder in einem Modus mit niedrigem Hub basierend auf einer Differenz zwischen einem Soll-Unterdruck und einem Luftdruck stromaufwärts eines Drosselventils. Das MAP-Drehmomentmodul ermittelt eine Soll-Drehmomentabgabe des Motors für den Betrieb in dem Zylinderdeaktivierungsmodus oder in dem Modus mit niedrigem Hub basierend auf dem Soll-MAP. Das Schwellenwertermittlungsmodul ermittelt ein Einstiegsdrehmoment basierend auf der Soll-Drehmomentabgabe. Das Modul für den FE-Modus löst den Betrieb in dem Zylinderdeaktivierungsmodus oder in dem Modus mit niedrigem Hub basierend auf einem Vergleich des Einstiegsdrehmoments und einer Drehmomentanforderung selektiv aus.
  • Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die DE 11 2013 006 494 T5 verwiesen.
  • Verbrennungsmotoren verbrennen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Zylindern zur Bewegung der Kolben zur Erzeugung des Antriebsmoments. Die Luftzufuhr in den Motor wird durch eine Drossel geregelt. Genauer gesagt regelt die Drossel den Drosselbereich, der die Luftzufuhr in den Motor erhöht oder senkt. Wenn der Drosselbereich steigt, steigt auch die Luftzufuhr in den Motor. Ein Kraftstoffregelsystem passt die Kraftstoffeinspritzmenge an, um die Zylinder mit einem erwünschten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu versorgen und/oder um ein erwünschtes Abtriebsdrehmoment zu erzielen. Eine Versorgung der Zylinder mit mehr Kraftstoff und Luft erhöht das Abtriebsdrehmoment des Motors.
  • In Fremdzündungsmotoren löst ein Zündfunke die Verbrennung eines den Zylindern zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs aus. In Selbstzündungsmotoren wird das den Zylindern zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Kompression in den Zylindern gezündet. Der Zündzeitpunkt und die Luftzufuhr können die wesentlichen Faktoren zur Regelung der Drehmomentausgabe von Fremdzündungsmotoren sein, während die Kraftstoffzufuhr der wesentliche Faktor zur Regelung der Drehmomentausgabe von Selbstzündungsmotoren sein kann.
  • Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zu regeln und ein erwünschtes Drehmoment zu erzielen. Herkömmliche Motorsteuersysteme regeln jedoch das Motorausgangsdrehmoment nicht mit der erforderlichen Genauigkeit. Weiterhin liefern herkömmliche Motorsteuersysteme keine schnelle Reaktion auf Steuersignale oder koordinieren die Drehmomentregelung des Motors zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Motorausgangsdrehmoment beeinflussen, insbesondere bei verstärkten Motoren und Motoren mit mehreren Betriebsarten.
  • Während die derzeitigen Motorsteuerungssysteme ihren Zweck erfüllen, besteht somit Bedarf an einem neuen und verbesserten Verfahren zur Übersetzung des Gaspedalweges in ein gewünschtes Achs- oder Motordrehmoment.
  • Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt beinhaltet das Verfahren das Ermitteln des aktuellen Ladedrucks durch Messen eines Gesamtdrossel-Einlassluftdrucks (TIAP), der den aktuellen Ladedruck anzeigt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt beinhaltet das Verfahren die Eingabe einer Drehmomentanforderung sowie einer gefilterten Drehmomentanforderung; und Anwenden eines Versatzes auf die maximale Drehmomentkapazität für jeden der Modi.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt beinhaltet das Verfahren das Vergleichen der gefilterten Drehmomentanforderung mit der maximalen Drehmomentkapazität zuzüglich des Versatzes während des Arbeitsschritts.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt definiert der Versatz einer der maximalen Drehmomentkapazitäten einen langsamen Austrittsschwellenwert, bei dem, wenn die gefilterte Drehmomentanforderung die maximale Drehmomentkapazität des langsamen Austrittsschwellenwerts übersteigt, ein Moduswechsel gerichtet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt definiert der Versatz einer anderen der maximalen Drehmomentkapazitäten einen schnellen Austrittsschwellenwert, worin, wenn die Drehmomentanforderung die maximale Drehmomentkapazität des schnellen Austrittsschwellenwerts übersteigt, ein Moduswechsel gerichtet ist.
  • Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart für ein mehrzylindriges Kraftfahrzeugmotorsystem mit variablem Hub: Priorisieren eines jeden von einem Modus mit voller Drehmomentkapazität (FTC) mit allen Zylindern, die mit hohem Hub betrieben werden, einem ersten reduzierten Kapazitätssparmodus (RCE1) mit allen Zylindern, die mit niedrigem Hub betrieben werden, und einem zweiten Modus mit einem reduzierten Kapazitätssparmodus (RCE2) mit weniger als allen Zylindern, die mit niedrigem Hub betrieben werden, wobei mindestens ein Zylinder deaktiviert ist , basierend auf dem vorhergesagten Kraftstoffverbrauch jedes der Modi; Sortieren der priorisierten Modi zwischen einem Modus mit dem niedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss, einem Modus mit dem nächst- oder zweitniedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss und einem Modus mit dem höchsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss; Anwenden von mehreren Beschränkungen auf jeden der priorisierten Modi, einschließlich der Einbeziehung einer Verstärkung als eine der Beschränkungen durch Berechnen einer maximalen Drehmomentkapazität für jeden der Modi, die eine Funktion eines aktuellen Ladedrucks ist; Hinzufügen eines langsamen Austrittsversatzes und eines schnellen Austrittsversatzes zur maximalen Drehmomentkapazität für jeden der Modi; und Durchführen einer Modusbestimmungsarbitrierung zum Identifizieren, ob eine Änderung des Modus erforderlich ist, wenn entweder der langsame Austrittsversatz oder der schnelle Austrittsversatz überschritten wird.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen.
  • Figurenliste
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung.
    • 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
    • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuerungssystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
    • 3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Steuerverfahrens zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart;
    • 4 ist ein Diagramm, das verschiedene Drehmomentkurven mit einem langsamen Austrittsschwellenwert darstellt, der auf eine maximale Drehmomentkapazität über die Zeit angewendet wird; und
    • 5 ist ein Diagramm, das verschiedene Drehmomentkurven mit einem schnellen Austrittsschwellenwert darstellt, der auf eine maximale Drehmomentkapazität über die Zeit angewendet wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Wie hierin verwendet, kann sich der Begriff Modul beziehen auf, ein Teil sein von, oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Teil einer Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Hardware-Komponenten mit der beschriebenen Funktionalität; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie zum Beispiel in einem Ein-Chip-System, beinhalten. Der Begriff Modul kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenspeicher) beinhalten, der Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
  • Der Begriff Code, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten, und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam, wie oben verwendet, bedeutet, dass ein Teil oder der gesamte Code aus mehreren Modulen mithilfe eines einzelnen (gemeinsamen) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil oder der gesamte Code aus mehreren Modulen durch einen einzigen (gemeinsamen) Speicher gespeichert werden. Der Begriff Gruppe, wie oben verwendet, bedeutet, dass ein Teil oder der gesamte Code aus einem einzelnen Module mithilfe einer Gruppe aus Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil oder der gesamte Code aus einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
  • Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramm(e) implementiert werden, das/die von einem oder mehreren Prozessor(en) ausgeführt wird/werden. Die Computerprogramme beinhalten maschinell ausführbare Anweisungen, die auf einem nichttransitorischen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können ebenfalls gespeicherte Daten enthalten. Zu nichteinschränkenden Beispielen für das nicht-transitorische, konkrete, computerlesbare Medium gehören nicht-flüchtige Speicher, flüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.
  • Ein Motorsteuergerät (ECM) kann einen Motor selektiv in einem oder mehreren Modi mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch (FE) betreiben. So kann beispielsweise das ECM einen Motor nur im Zylinderdeaktivierungsmodus und/oder im Low-Lift-Modus betreiben. Das ECM kann einen oder mehrere Zylinder während des Betriebs im Zylinderdeaktivierungsmodus deaktivieren. Während des Betriebs im Low-Lift-Modus kann eine Nockenwelle im Vergleich zum Betrieb in einem anderen Lift-Modus (z. B. High-Lift-Modus) ein zugehöriges Ventil eines Zylinders in geringerem Umfang und/oder für eine geringere Zeitspanne öffnen. Im Allgemeinen ist das maximale Drehmoment, das der Motor während des Betriebs im FE-Modus erzeugen kann, begrenzt, wobei FE erhöht ist.
  • Mit Bezug auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 beinhaltet einen Motor 102, der ein Kraftstoff-Luftgemisch verbrennt, um ein Antriebsmoment für ein Fahrzeug, basierend auf Fahrereingaben von einem Fahrereingabemodul 104, zu erzeugen. Die Luft wird durch einen Ansaugkrümmer 110 über ein Drosselventil 112 angesaugt. Ausschließlich als Beispiel kann das Drosselventil 112 eine Drosselklappe mit einem drehbaren Flügel beinhalten. Ein Motorsteuergerät (Engine Control Module, ECM) 114 steuert ein Drosselstellgliedmodul 116, das wiederum die Öffnung der Drosselklappe 112 zur Regulierung der in den Ansaugkrümmer 110 angesaugten Luftmenge steuert.
  • Die Luft vom Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors 102 gesaugt. Obwohl der Motor 102 mehrere Zylinder beinhalten kann, ist hier zu Veranschaulichungszwecken nur ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. Nur als Beispiel kann der Zylinder 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder beinhalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderstellgliedmodul 120 zum gezielten Deaktivieren bestimmter Zylinder anweisen, wodurch unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors die Kraftstoffeffizienz verbessert werden kann.
  • Der Motor 102 kann nach dem Viertaktprinzip betrieben werden. Die vier nachfolgend beschriebenen Takte werden Einlasstakt, Verdichtungstakt, Verbrennungstakt und Auslasstakt genannt. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) erfolgen zwei der vier Takte innerhalb des Zylinders 118. Demzufolge sind zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier Takte ausführen kann.
  • Während des Einlasstakts wird die Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung reguliert, um ein erwünschtes Kraftstoff-/Luft-Gemisch zu erzielen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder mehreren Stellen, wie beispielsweise nahe am Einlassventil 122 jedes Zylinders, eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht dargestellt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in mit den Zylindern verbundene Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 kann das Einspritzen von Kraftstoff in die deaktivierten Zylinder stoppen.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und bildet innerhalb des Zylinders 118 ein Kraftstoff-/Luftgemisch. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht dargestellt) im Zylinder 118 das Kraftstoff-/Luftgemisch. Der Motor 102 kann ein Ottomotor sein, wobei in diesem Fall das Zündfunkenstellgliedmodul 126 eine Zündkerze 128 im Zylinder 118, basierend auf einem Signal von dem ECM 114, mit Strom beaufschlagt, wodurch das Luft-Kraftstoffgemisch gezündet wird. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann so gelegt werden, dass sich der Kolben in diesem Moment in seiner als oberer Totpunkt (OT) bezeichneten obersten Stellung befindet.
  • Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann durch ein Zeitsignal gesteuert werden, das festlegt, wie lange vor oder nach dem OT der Funke ausgelöst werden soll. Weil die Kolbenstellung direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, kann die Funktion des Zündfunkenstellgliedmoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. In verschiedenen Anwendungen kann das Zündstellgliedmodul 126 die Funkenerzeugung für deaktivierte Zylinder stoppen.
  • Die Erzeugung des Zündfunkens wird auch als ein Zündereignis bezeichnet. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt für jedes Zündereignis zu variieren. Das Zündstellgliedmodul 126 ist möglicherweise sogar fähig, den Zündzeitpunkt für die nächste Zündung zu variieren, wenn das Zündfunkenzeitsignal zwischen einer letzten und der nächsten Zündung geändert wird.
  • Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs den Kolben nach unten und treibt dadurch die Kurbelwelle an. Der Verbrennungstakt kann als die Zeitspanne definiert werden, die zwischen dem Moment liegt, in welchem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht und dem, in welchem der Kolben zum unteren Totpunkt zurückkehrt. Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich vom unteren Totpunkt (BDC) nach oben zu bewegen und stößt dabei die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 aus. Die Verbrennungs-Abfallprodukte werden über ein Abgassystem 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
  • Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In unterschiedlichen Anwendungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern.
  • Das Zylinderstellgliedmodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren des Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktivieren. In verschiedenen Implementierungen kann das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie z.°B. durch elektromagnetische Stellglieder.
  • Der Zeitpunkt, an dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann hinsichtlich des oberen Totpunktes des Kolbens durch einen Einlassnockenwellenversteller 148 variiert werden. Der Zeitpunkt, an dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann hinsichtlich des oberen Totpunktes des Kolbens durch einen Auslassnockenwellenversteller 150 variiert werden. Ein Verstellstellgliedmodul 158 kann den Einlassnockenverstell 148 und den Auslassnockenverstell 150 basierend auf Signalen vom ECM 114 steuern. Insofern implementiert, kann ein variabler Ventilhub (nicht dargestellt) zudem durch das Phasenstellgliedmodul 158 gesteuert werden.
  • Das Motorsystem 100 kann eine Aufladevorrichtung beinhalten, die dem Ansaugkrümmer 110 Druckluft bereitstellt. 1 stellt beispielsweise einen Turbolader dar, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader beinhaltet ebenfalls einen Kaltluftkompressor 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben ist und der Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 geleitet wird. In weiteren Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbolader (nicht dargestellt) die Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft in den Ansaugkrümmer 110 befördern.
  • Ein Wastegate 162 ermöglicht, dass die Abgase die Turbine 160-1 umgehen, wodurch die Verstärkung (die Menge an Einlassluftkompression) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Aufladungsstellgliedmodul 164 steuern. Das Verstärkungsstellgliedmodul 164 kann die Verstärkung des Turboladers durch Steuern der Position des Wastegates 162 modulieren. In weiteren Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Verstärkungsstellgliedmodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Verstärkungsstellgliedmodul 164 gesteuert wird.
  • Ein Intercooler (nicht dargestellt) leitet einen Teil der in der Druckluftladung enthaltenen Wärme ab, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die Druckluftladung beinhaltet auch von Komponenten des Abgassystems 134 absorbierte Wärme. Obwohl aus Gründen der Veranschaulichung getrennt dargestellt können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 miteinander verbunden sein und die Einlassluft in die Nähe heißer Abgase leiten.
  • Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführventil (AGR) 170 beinhalten, das Abgas selektiv zum Ansaugkrümmer 110 zurückführt. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 wird durch ein AGR-Stellgliedmodul 172 gesteuert.
  • Das Motorsystem 100 misst die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180. Die Temperatur des Motorkühlmittels wird mit einem Kühlmitteltemperatursensor (ECT) 182 gemessen. Der ECT-Sensor 182 ist innerhalb des Motors 102 oder an anderen Stellen angeordnet, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird wie beispielsweise ein Radiator (nicht dargestellt).
  • Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann mit einem Einlasskrümmerdrucksensor (MAP) 184 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen wird der aus der Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 bestehende Motorunterdruck gemessen. Der Massenstromdurchsatz der in den Ansaugkrümmer 110 strömenden Luft wird mit einem Massenluftstromsensor (MAF) 186 gemessen. In verschiedenen Implementierungen ist der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse positioniert, das auch das Drosselventil 112 beinhaltet.
  • Das Drosselstellgliedmodul 116 kann die Stellung der Drosselklappe 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselstellungssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Temperatur der in den Motor 102 gezogenen Umgebungsluft kann mit einem Sensor für die Einlasslufttemperatur (IAT) 192 gemessen werden.
  • Das ECM 114 verwendet Signale von den Sensoren, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
  • Das ECM 114 steht mit einem Getriebesteuermodul 194 in Verbindung, um die Gangwechsel in einem Getriebe zu koordinieren (nicht dargestellt). So reduziert beispielsweise das ECM 114 bei einem Gangwechsel das Motordrehmoment. Das ECM 114 kann auch mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren, falls vorhanden.
  • Der Elektromotor 198 kann auch als Generator arbeiten und zum Erzeugen elektrischer Energie für die Nutzung durch das elektrische System des Fahrzeugs und/oder zum Speichern in einer Batterie dienen. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
  • Jedes System, das einen Motorparameter variiert, wird als Stellglied bezeichnet, das einen Stellgliedwert erhält. Das Drosselklappenstellgliedmodul 116 wird beispielsweise als ein Stellglied und der Drosselklappenöffnungsbereich als Stellgliedwert bezeichnet. Im Beispiel der 1 erreicht das Drosselklappenstellgliedmodul 116 den Drosselklappenöffnungsbereich durch Einstellen eines Winkels des Flügels des Drosselventils 112.
  • In ähnlicher Weise wird das Zündstellgliedmodul 126 als Stellglied bezeichnet, obwohl der entsprechende Stellgliedwert den Frühzündungsgrad in Verbindung mit dem TDC des Zylinders ist. Andere Stellglieder beinhalten das Zylinderstellgliedmodul 120, das Kraftstoffstellgliedmodul 124, das Verstellerstellgliedmodul 158, das Verstärkerstellgliedmodul 164 und das AGR-Stellgliedmodul 172. Für diese Stellglieder entsprechen die Stellgliedwerte jeweils einer Zylinderaktivierungs-/-deaktivierungsfolge, Kraftstoffversorgungsrate, Einlass- und Auslassnockenverstellerwinkeln, Verstärkungsdruck und AGR-Ventilöffnungsbereich. Das ECM 114 kann die Stellgliedwerte steuern, um den Motor 102 zum Erzeugen eines gewünschten Motorausgangsdrehmoments zu veranlassen.
  • Mit Bezug auf 2 und erneut auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuersystems dargestellt. Eine exemplarische Implementierung des ECM 114 beinhaltet ein Fahrer-Drehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 und ein Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206. Das ECM 114 kann auch ein Hybrid-Optimierungsmodul 208 beinhalten. Die exemplarische Implementierung des ECM 114 beinhaltet auch ein Reserve-/Lastmodul 220, ein Drehmomentanforderungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündsteuermodul 232, ein Hubraum-Steuermodul 236 und ein KraftstoffSteuermodul 240. Die exemplarische Implementierung des ECM 114 beinhaltet auch ein Drehmomentschätzmodul 244, ein Verstärkungsplanungsmodul 248 und ein Phasenverstellerplanungsmodul 252.
  • Das Fahrerdrehmomentmodul 202 ermittelt eine Fahrerdrehmomentanforderung 254, basierend auf einer Fahrereingabe 255 vom Fahrereingabemodul 104. Gemäß mehreren Aspekten basiert die Fahrereingabe 255 auf der Gaspedalstellung und kann auch die Bremspedalstellung beinhalten. Die Fahrereingabe 255 kann auch auf einer Geschwindigkeitsregelung basieren, die ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen zuvor festgelegten Folgeabstand zu halten. Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Zuordnungen der Gaspedalstellung auf das gewünschte Drehmoment speichern, wie im Folgenden näher beschrieben, und kann die Fahrer-Drehmomentanforderung 254 basierend auf einer ausgewählten Zuordnung ermitteln.
  • Ein Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 arbitriert zwischen der Fahrer-Drehmomentanforderung 254 und anderen Achsen-Drehmomentanforderungen 256. Das Achsdrehmoment (Drehmoment an den Rädern) wird von verschiedenen Quellen erzeugt, einschließlich eines Motors und/oder eines Elektromotors. Im Allgemeinen können Drehmomentanforderungen sowohl absolute Drehmomentanforderungen als auch relative Drehmomentanforderungen und Rampenanforderungen beinhalten. Ausschließlich als Beispiel können Rampenanforderungen eine Anforderung beinhalten, das Drehmoment bis auf ein minimales Motorabschaltdrehmoment herunterzufahren oder das Drehmoment bis auf das minimale Motorabschaltdrehmoment anzuheben. Relative Drehmomentanforderungen können temporäre oder anhaltende Drehmomentabsenkungen oder -erhöhungen beinhalten.
  • Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können ferner eine von einem Traktionssteuerungssystem angeforderte Drehmomentreduzierung beinhalten, wenn positiver Radschlupf erfasst wird. Positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder auf der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Die Achsen-Drehmomentanforderungen 256 können auch eine Drehmomenterhöhungsanforderung beinhalten, um negativem Radschlupf entgegenzuwirken, der auftritt, wenn ein Reifen des Fahrzeugs im Verhältnis zur Straßenoberfläche in Gegenrichtung rutscht, weil das Achsdrehmoment negativ ist.
  • Die Achsdrehmomentanforderung 256 kann auch Bremsmanagmentanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen beinhalten. Bremsmanagmentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu gewährleisten, dass das Achsdrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen zum Anhalten des Fahrzeugs überschreitet, wenn das Fahrzeug stoppt. Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch von Fahrzeug-Stabilitätskontrollsystemen generiert werden.
  • Das Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und eine momentane Drehmomentanforderung 258 basierend auf dem Ergebnis der Arbitrierung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 aus. Wie nachfolgend beschrieben, können die vorausgesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 257 und 258 vom Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 selektiv von anderen Modulen des ECM 114 angepasst werden, bevor sie zur Steuerung der Motorstellglieder des Motorsystems 100 zur Anwendung kommen.
  • Im Allgemeinen kann die momentane Drehmomentanforderung 258 eine Menge des momentan erwünschten Achsdrehmoments sein, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 eine Menge des Achsdrehmoments sein kann, das in Kürze erforderlich ist. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100 zur Erzeugung eines Achsdrehmoments gleich der momentanen Drehmomentanforderung 258. Verschiedene Stellgliedwertkombinationen können jedoch das gleiche Achsdrehmoment zur Folge haben. Das ECM 114 kann daher die Stellgliedwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, unter Beibehaltung des Achsdrehmoments an der momentanen Drehmomentanforderung 258.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 auf der Fahrerdrehmomentanforderung 254 basieren. Die momentane Drehmomentanforderung 258 kann unter gewissen Umständen niedriger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 sein, wenn beispielsweise die Fahrerdrehmomentanforderung 254 Radschlupf auf einer vereisten Fläche verursacht. In derartigen Fällen kann ein Traktionskontrollsystem (nicht dargestellt) eine Verringerung über die momentane Drehmomentanforderung 258 anfordern, und das ECM 114 reduziert das vom Motorsystem 100 erzeugte Drehmoment auf die momentane Drehmomentanforderung 258. Das ECM 114 steuert jedoch das Motorsystem 100, sodass das Motorsystem 100 schnell weiter die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
  • Im Allgemeinen kann der Unterschied zwischen der momentanen Drehmomentanforderung 258 und der (im Allgemeinen höheren) vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 als Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann die Menge an zusätzlichem Drehmoment (über der momentanen Drehmomentanforderung 258) darstellen, dessen Erzeugung das Motorsystem 100 mit minimaler Verzögerung beginnen kann. Schnelle Motorstellglieder kommen zur Anwendung, um das gegenwärtige Achsdrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Wie im Folgenden näher beschrieben, werden schnelle Motorstellglieder im Gegensatz zu langsamen Motorstellgliedern definiert.
  • In verschiedenen Implementierungen sind schnelle Motorstellglieder in der Lage, das Achsdrehmoment in einem Bereich zu variieren, in dem der Bereich durch die langsamen Motorstellglieder festgelegt wird. In derartigen Implementierungen ist die Obergrenze des Bereichs die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257, während die Untergrenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Stellglieder begrenzt wird. Nur als Beispiel können schnelle Stellglieder das Achsdrehmoment nur um einen ersten Betrag reduzieren, wobei der erste Betrag ein Maß für die Drehmomentkapazität der schnellen Stellglieder ist. Der erste Betrag kann je nach den Betriebsbedingungen des Motors variieren, die von den langsamen Motorstellgliedern vorgegeben werden. Wenn die momentane Drehmomentanforderung 258 innerhalb des Bereichs liegt, können schnelle Motorstellglieder so eingestellt werden, dass das Achsdrehmoment gleich der momentanen Drehmomentanforderung 258 ist. Wenn das ECM 114 die Ausgabe der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 anfordert, können die schnellen Motorstellglieder gesteuert werden, um das Achsdrehmoment bis zur Obergrenze zu variieren, d. h. der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257.
  • Im Allgemeinen können schnelle Motorstellglieder das Achsdrehmoment schneller ändern als langsame Motorstellglieder. Langsame Stellglieder können langsamer auf Änderungen ihrer jeweiligen Stellgliedwerte reagieren als schnelle Stellglieder. So kann beispielsweise ein langsames Stellglied mechanische Komponenten beinhalten, die Zeit brauchen, um in Reaktion auf eine Stellgliedwertänderung von einer Stellung in eine andere zu wechseln. Ein langsames Stellglied kann auch durch die Zeitdauer gekennzeichnet werden, die das Achsdrehmoment braucht, um sich zu ändern, nachdem das langsame Stellglied mit der Umsetzung des geänderten Stellgliedwerts begonnen hat. Diese Zeitdauer ist bei langsamen Stellgliedern im Allgemeinen länger als bei schnellen Stellgliedern. Außerdem kann es auch nach Beginn des Änderungsvorgangs länger dauern, bis das Achsdrehmoment vollständig auf die Änderung des langsamen Stellglieds reagiert hat.
  • Ausschließlich exemplarisch kann das ECM 114 Stellgliedwerte für langsame Stellglieder auf Werte einstellen, die es dem Motorsystem 100 ermöglichen würden, die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wenn die schnellen Stellglieder auf entsprechende Werte eingestellt würden. Inzwischen kann das ECM 114 die Stellgliedwerte für schnelle Stellglieder auf Werte einstellen, die aufgrund der langsamen Stellgliedwerte dazu führen, dass das Motorsystem 100 die momentane Drehmomentanforderung 258 anstelle der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 erzeugt.
  • Die schnellen Stellgliedwerte veranlassen daher das Motorsystem 100, die momentane Drehmomentanforderung 258 zu erzeugen. Wenn das ECM 114 beschließt, das Achsdrehmoment von der momentanen Drehmomentanforderung 258 auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 umzustellen, ändert das ECM 114 die Stellgliedwerte für einen oder mehrere schnelle Stellglieder auf Werte, die der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 entsprechen. Da die langsamen Stellgliedwerte bereits basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 eingestellt wurden, ist das Motorsystem 100 in der Lage, die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 bereits nach der Verzögerung durch die schnellen Stellglieder zu erzeugen. Mit anderen Worten, die längere Verzögerung, die sonst durch die Änderung des Achsdrehmoments bei langsamen Stellgliedern entstehen würde, wird vermieden.
  • Ausschließlich als Beispiel gilt, wenn die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 gleich der Drehmomentanforderung 254 ist, kann eine Drehmomentreserve gebildet werden, wenn die momentane Drehmomentanforderung 258 geringer ist als die Drehmomentanforderung 254 aufgrund einer temporären Drehmomentabsenkung. Alternativ kann eine Drehmomentreserve geschaffen werden, indem die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 über die Drehmomentanforderung 254 erhöht wird, während die momentane Drehmomentanforderung 258 auf Fahrerdrehmomentanforderung 254 beibehalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Erhöhungen des erforderlichen Achsdrehmoments absorbieren. Ausschließlich als Beispiel gilt, dass plötzliche Belastungen, die durch eine Klimaanlage oder eine Servolenkungspumpe verursacht werden, durch eine Erhöhung der momentanen Drehmomentanforderung 258 entgegengewirkt werden kann. Ist die Erhöhung der momentanen Drehmomentanforderung 258 geringer als die Drehmomentreserve, kann die Erhöhung durch den Einsatz von schnellen Stellgliedern schnell erzeugt werden. Die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 kann auch erhöht werden, um die vorherige Drehmomentreserve wiederherzustellen.
  • Ein weiteres Beispiel für die Verwendung einer Drehmomentreserve ist das Reduzieren von Schwankungen bei langsamen Stellgliedwerten. Aufgrund ihrer relativ geringen Geschwindigkeit können variierende langsame Stellgliedwerte zu einer Instabilität der Steuerung führen. Darüber hinaus können langsame Stellglieder mechanische Teile beinhalten, die bei häufiger Bewegung mehr Leistung und/oder Verschleiß verursachen können. Durch Erstellen einer ausreichenden Drehmomentreserve können Änderungen des gewünschten Drehmoments durch Variieren von schnellen Stellgliedern über die momentane Drehmomentanforderung 258 unter Beibehaltung der Werte der langsamen Stellglieder vorgenommen werden. Um beispielsweise eine bestimmte Leerlaufdrehzahl beizubehalten, kann die momentane Drehmomentanforderung 258 innerhalb eines Bereichs variieren. Wenn die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 auf einen Wert oberhalb dieses Bereichs eingestellt ist, können Änderungen der momentanen Drehmomentanforderung 258 unter Beibehaltung der Leerlaufdrehzahl mit schnellen Stellgliedern vorgenommen werden, ohne dass langsame Stellglieder eingestellt werden müssen.
  • Lediglich als Beispiel kann in einem Fremdzündungsmotor der Zündzeitpunkt ein schneller Stellgliedwert sein, während der Drosselklappenöffnungsbereich ein langsamer Stellgliedwert sein kann. Fremdzündende Motoren können Kraftstoffe, wie beispielsweise Benzin und Äthanol verbrennen, die mittels Funken gezündet werden. Im Gegensatz dazu kann bei einem Selbstzündungsmotor der Kraftstoffdurchfluss ein schneller Stellgliedwert sein, während der Drosselklappenöffnungsbereich als Stellgliedwert für andere Motorcharakteristiken als das Drehmoment verwendet werden kann. Selbstzündungsmotoren können Kraftstoffe, einschließlich beispielsweise Diesel, durch Verdichten der Kraftstoffe verbrennen.
  • Wenn der Motor 102 ein Fremdzündungsmotor ist, kann das Zündstellgliedmodul 126 ein schnelles Stellglied und das Drosselklappenstellglied 116 ein langsames Stellglied sein. Nach Empfangen eines neuen Stellgliedwerts kann das Zündstellgliedmodul 126 möglicherweise die Zündzeit für das folgende Zündereignis ändern. Wenn der Zündzeitpunkt (auch Frühzündung genannt) für ein Zündereignis auf einen optimalen Wert eingestellt ist, kann unmittelbar nach dem Zündereignis ein maximales Drehmoment im Verbrennungstakt erzeugt werden. Eine vom Optimalwert abweichende Frühzündung kann jedoch zu einer Verringerung des Drehmoments im Verbrennungstakt führen. Daher kann das Zündstellgliedmodul 126 das Motorausgangsdrehmoment variieren, sobald das nächste Zündereignis eintritt. Nur als Beispiel kann eine Tabelle mit Frühzündungen, die mit bestimmten Motorbetriebsbedingungen einhergehen, während einer Kalibrierphase des Fahrzeugdesigns aufgestellt werden, und der optimale Wert wird aus der Tabelle basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen ermittelt.
  • Im Gegensatz dazu kann es länger dauern, bis sich Änderungen des Drosselklappenöffnungsbereichs auf das Motorausgangsdrehmoment auswirken. Das Drosselstellgliedmodul 116 ändert den Drosselklappenöffnungsbereich durch Einstellen des Winkels des Flügels des Drosselventils 112. Sobald ein neuer Stellgliedwert empfangen wird, kommt es daher zu einer mechanischen Verzögerung, wenn die Drosselklappe 112 von ihrer vorherigen Position in eine neue Position verfährt, die auf dem neuen Stellgliedwert basiert. Außerdem sind Luftstromänderungen basierend auf dem Drosselklappenöffnungsbereich abhängig von Verzögerungen des Luftstroms in dem Ansaugkrümmer 110. Ferner macht sich der erhöhte Luftstrom im Ansaugkrümmer 110 erst als Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments bemerkbar, wenn der Zylinder 118 im nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft empfängt, diese komprimiert und der Verbrennungstakt beginnt.
  • Mit diesen Stellgliedern als Beispiel kann eine Drehmomentreserve aufgebaut werden, indem der Drosselklappenöffnungsbereich auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglicht, die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen. Zwischenzeitlich kann der Zündzeitpunkt basierend auf der momentanen Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die unter der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 liegt. Obwohl der Drosselklappenöffnungsbereich ausreichend Luftstrom für den Motor 102 generiert, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wird der Zündzeitpunkt basierend auf der momentanen Drehmomentanforderung 258 verzögert (und damit das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment ist daher gleich der momentanen Drehmomentanforderung 258.
  • Wenn zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann der Zündzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 oder einem Drehmoment zwischen der vorausgesagten und momentanen Drehmomentanforderung 257 bzw. 258 eingestellt werden. Am folgenden Zündzeitpunkt kann das Zündstellgliedmodul 126 den Zündzeitpunkt auf einen optimalen Wert zurückstellen, was dem Motor 102 ermöglicht, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das mit dem vorhandenen Luftstrom möglich ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher rasch auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne Verzögerungen durch die Änderung des Drosselklappenöffnungsbereichs zu erfahren.
  • Wenn der Motor 102 ein Selbstzündungsmotor ist, kann das Kraftstoffstellgliedmodul 124 ein schnelles Stellglied sein, und das Drosselklappenstellglied 116 und das Ladedruckstellgliedmodul164 können Emissionsstellglieder sein. Die Kraftstoffmasse kann basierend auf der momentanen Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, und der Drosselklappenöffnungsbereich, der Ladedruck und die AGR-Öffnung können basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden. Der Drosselklappenöffnungsbereich kann mehr Luftstrom erzeugen, als notwendig ist, um die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu erfüllen. Im Gegenzug kann der erzeugte Luftstrom mehr als für die vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erforderlich sein, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewöhnlich mager ist und Änderungen im Luftstrom das Drehmoment des Motors nicht beeinflussen. Das Motorausgangsdrehmoment entspricht somit der momentanen Drehmomentanforderung 258 und kann durch Anpassen des Kraftstoffdurchflusses erhöht oder verringert werden.
  • Das Drosselklappenstellgliedmodul 116, das Verstärkerstellgliedmodul 164 und das AGR-Ventil 170 können basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 gesteuert werden, um Emissionen zu kontrollieren und das Turboloch zu minimieren. Der Drosselklappenstellgliedmodul 116 kann ein Vakuum im Ansaugkrümmer 110 erzeugen, um die Abgase durch das AGR-Ventil 170 und in den Ansaugkrümmer 110 zu leiten.
  • Das Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die momentane Drehmomentanforderung 258 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 die vorausgesagte und die momentane Drehmomentanforderung 257 und 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
  • Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann ermitteln, wie viel Drehmoment vom Motor 102 und wie viel Drehmoment vom Elektromotor 198 produziert werden soll. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann geänderte vorausgesagte und momentane Drehmomentanforderungen 259 bzw. 260 an das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 aus. In verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 im Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
  • Die vom Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 empfangenen vorausgesagten und momentanen Drehmomentanforderungen werden aus einem Achsdrehmomentbereich (Drehmoment an den Rädern) in einen Vortriebsdrehmomentbereich (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor, nach, als Teil vom oder anstatt des Hybridoptimierungsmodul(s) 208 erfolgen.
  • Das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 arbitriert zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 279, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten und momentanen Drehmomentanforderungen. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 generiert eine arbitrierte vorausgesagte Drehmomentanforderungen 261 und eine arbitrierte momentane Drehmomentanforderung 262. Die arbitrierten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können durch Auswählen einer vorrangigen Drehmomentanforderung aus empfangenen Drehmomentanforderungen generiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die arbitrierten Drehmomentanforderungen durch Änderung einer der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren empfangenen Drehmomentanforderungen generiert werden.
  • Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 279 können Drehmomentsenkungen zum Schutz vor Motorüberdrehzahlen, Drehmomentsteigerungen zur Blockierverhinderung und vom Getriebesteuermodul 194 zur Anpassung der Gangwechsel angeforderte Drehmomentsenkungen beinhalten. Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 279 können auch ein Ergebnis einer Kupplungs-Kraftstoffabschaltung sein, die das Motorausgangsdrehmoment reduziert, um ein Aufflackern (schnelles Ansteigen) der Motordrehzahl zu verhindern, wenn der Fahrer in einem Fahrzeug mit Handschaltung das Kupplungspedal betätigt.
  • Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 279 können auch eine Motorabschaltanforderung beinhalten, die bei Erfassung eines kritischen Fehlers initiiert wird. Nur als Beispiel können kritische Fehler die Feststellung eines Fahrzeugdiebstahls, festsitzenden Anlassermotors, elektronischer Drosselsteuerprobleme und unerwartete Drehmomentsteigerungen beinhalten. In verschiedenen Implementierungen wird die Motorabschaltanforderung als vorrangige Anforderung gewählt, wenn eine Motorabschaltanforderung vorhanden ist. Wenn die Motorabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 null als die arbitiriterte vorausgesagte und momentane Drehmomentanforderung 261 und 262 ausgeben.
  • In verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung einfach den Motor 102 getrennt vom Arbitierprozess abschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 kann immer noch die Motorabschaltanforderung erhalten, sodass beispielsweise geeignete Daten als Feedback an andere Drehmomentanforderer gesendet werden können. So können beispielsweise alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie in der Arbitrierung als nachrangig eingestuft wurden.
  • Das Reserve-/Lastmodul 220 empfängt die arbitrierten vorausgesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 261 und 262. Das Reserve-/Lastmodul 220 kann die arbitrierten vorausgesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 261 und 262 anpassen, um eine Drehmomentreserve zu schaffen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserve-/Lastmodul 220 gibt dann die angepassten, vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 263 und 264 an das Stellgliedmodul 224 aus.
  • Nur als Beispiel kann ein Katalysator-Zündprozess oder ein Kaltstart-Emissionsreduktionsprozess einen verzögerten Zündzeitpunkt erfordern. Das Reserve-/Lastmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 über die angepasste momentane Drehmomentanforderung 264 hinaus erhöhen, um den Zündzeitpunkt für den Kaltstart-Emissionsreduktionsprozess zu verzögern. In einem anderen Beispiel kann das Kraftstoff/Luft-Verhältnis des Motors und/oder der Luft-Massendurchsatz direkt verändert werden, wie durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder Neumotorentleerung. Vor Beginn dieser Prozesse kann eine Drehmomentreserve aufgebaut oder erhöht werden, um rasch Senkungen des Motorausgangsdrehmoments auszugleichen, die durch die Streckung des Kraftstoff-/Luftgemischs während dieser Prozesse verursacht werden.
  • Das Reserve-/Lastmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last aufbauen und erhöhen, wie die Funktion einer Servolenkungspumpe oder die Ineingriffnahme einer Klima (A/C)-Kompressorkupplung. Die Reserve für die Ineingriffnahme der A/C-Kompressorkupplung kann aufgebaut werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zunächst einschaltet. Das Reserve-/Lastmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, um die Drehmomentreserve zu erzeugen, während es die angepasste momentane Drehmomentanforderung 264 unverändert lässt. Wenn dann die A/C-Kompressorkupplung in Eingriff genommen wird, kann das Reserve-/Lastmodul 220 die angepasste momentane Drehmomentanforderung 264 um die geschätzte Belastung der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
  • Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorhergesagte und momentane Drehmomentanforderung 263 und 264. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepassten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 263 und 264 erreicht werden. Das Betätigungsmodul 224 kann motortypspezifisch sein. So kann beispielsweise das Betätigungsmodul 224 auf verschiedene Weise implementiert werden oder in fremdzündenden Motoren andere Steuermechanismen verwenden als in selbstzündenden Motoren.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Grenze zwischen motortypspezifischen Modulen und Modulen, die allen Motortypen gemeinsam sind, festlegen. So können beispielsweise die Motortypen Fremdzünder und Selbstzünder beinhalten. Module vor dem Betätigungsmodul 224, wie das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206, können bestimmten Motortypen gemeinsam sein, während das Betätigungsmodul 224 und folgende Module motortypspezifisch sein können.
  • So kann beispielsweise in einem Fremdzündungsmotor das Betätigungsmodul 224 die Drosselklappenöffnung 112 als langsames Stellglied variieren, das eine umfangreiche Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder mit dem Zylinderstellgliedmodul 120 sperren, das ebenfalls eine breite Palette von Drehmomentsteuerungen bietet, aber auch langsam sein kann und Fahrbarkeits- und Emissionsbedenken mit sich bringt. Das Betätigungsmodul 224 kann als schnelles Stellglied den Zündzeitpunkt verwenden. Allerdings bietet der Zündzeitpunkt möglicherweise nicht so viele Möglichkeiten der Drehmomentsteuerung. Darüber hinaus kann der Umfang der Drehmomentsteuerung, der bei Änderungen des Zündzeitpunkts (Zündreservekapazität genannt) möglich ist, bei Änderungen des Luftstroms variieren.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 basierend auf der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung 263 eine Luftmomentanforderung 265 erzeugen. Die Luftmomentanforderung 265 kann gleich der eingestellten, vorhergesagten Drehmomentanforderung 263 sein, wobei der Luftstrom so eingestellt wird, dass die eingestellte, vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 durch Änderungen an anderen Stellgliedern erreicht werden kann.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann basierend auf der Luftmomentanforderung 265 die gewünschten Stellgliedwerte ermitteln. Lediglich als Beispiel kann das Luftsteuermodul 228 einen gewünschten Krümmerabsolutdruck (MAP) 266, einen gewünschten Drosselbereich 267 und/oder eine gewünschte Luft pro Zylinder (APC) 268 basierend auf der Luftmomentanforderung 265 ermitteln. Mit dem gewünschten MAP 266 kann eine gewünschte Verstärkung und mit dem gewünschten APC 268 die gewünschte Nockenwellenposition und der gewünschte Drosselbereich 267 ermittelt werden. In verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch eine Öffnungsweite des AGR-Ventils 170 basierend auf der Luftmomentanforderung 265 ermitteln.
  • Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zünddrehmomentanforderung 269, eine Zylinderabschaltdrehmomentanforderung 270 und eine Kraftstoffdrehmomentanforderung 271 erzeugen. Die Zünddrehmomentanforderung 269 kann vom Zündsteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, wie stark die Verzögerung des Zündzeitpunkts (wodurch das Motorausgangsdrehmoment reduziert wird) von einem optimalen Zündzeitpunkt abhängig ist.
  • Die Zylinderabstell-Drehmomentanforderung 270 kann von dem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viele Zylinder deaktiviert werden sollen, wenn der Betrieb in einem Kraftstoffverbrauchs (FE)-Modus gefordert wird. Der FE-Modus kann zum Beispiel nur einen aktiven Kraftstoffmanagement (AFM)-Modus oder eine Verdrängung bei Bedarf (DOD) beinhalten.
  • Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinderstellgliedmodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 zu deaktivieren, wenn der AFM-Modus aktiviert wird. Das Zylinderstellgliedmodul 120 kann ein Hydrauliksystem beinhalten, das Einlass- und/oder Auslassventile selektiv von den entsprechenden Nockenwellen für einen oder mehrere Zylinder entkoppelt, um diese Zylinder zu deaktivieren. Nur als Beispiel kann das Zylinderstellgliedmodul 120 eine vordefinierte Gruppe von Zylindern (z. B. die Hälfte) gemeinsam deaktivieren, wenn der AFM-Modus aktiviert wird. Das Zylindersteuermodul 236 kann auch das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Bereitstellung von Kraftstoff einzustellen zur Deaktivierung der Zylinder und kann das Zündsteuermodul 232 anweisen, die Bereitstellung von Zündung einzustellen zur Deaktivierung der Zylinder, wenn der AFM-Modus angewiesen wird. Das Zündsteuermodul 232 kann die Bereitstellung von Zündung an einen Zylinder einstellen, wenn ein Kraftstoff-/Luftgemisch, das bereits im Zylinder vorhanden ist, verbrannt wurde.
  • Einige Fahrzeuge können zusätzlich oder alternativ dazu in der Lage sein, den Motor 102 im Kraftstoffabschalt (FCO)-Modus zu betreiben. Lediglich als Beispiel kann der Betrieb im FCO-Modus während der Fahrzeugverzögerung gesteuert werden. Der Betrieb im FCO-Modus, der aufgrund der Fahrzeugverzögerung gesteuert wird, kann als Kraftstoffabschaltung bei Verzögerung (DFCO) bezeichnet werden. Im Gegensatz zum AFM-Modus können ein oder mehrere Zylinder deaktiviert werden, indem die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern unterbrochen wird, wenn der FCO-Modus aktiviert wird, ohne das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile zu stoppen.
  • Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Kraftstoffmenge, die jedem Zylinder bereitgestellt wird, basierend auf der Kraftstoffdrehmomentanforderung 271 variieren. Im Normalbetrieb eines Fremdzündungsmotors kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem luftbestimmten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 bestrebt ist, ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis aufrechtzuerhalten, indem es die Kraftstoffzufuhr basierend auf dem Luftstrom steuert. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Kraftstoffmasse ermitteln, die in Verbindung mit der aktuellen Luftmenge pro Zylinder zu einer stöchiometrischen Verbrennung führt. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoffstellgliedmodul 124 über eine Betankungsrate anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
  • In Selbstzündungssystemen kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem Kraftstoffzuführungsmodus betrieben werden, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 für jeden Zylinder eine Kraftstoffmasse ermittelt, die die Kraftstoffdrehmomentanforderung 271 erfüllt und gleichzeitig Emissionen, Lärm und Kraftstoffverbrauch minimiert. Im Kraftstoffzufuhrmodus wird der Luftstrom basierend auf dem Kraftstoffdurchfluss gesteuert und kann so gesteuert werden, dass ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt wird. Darüber hinaus kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über einem vorgegebenen Wert gehalten werden, was die Bildung von Schwarzrauch bei dynamischen Motorbetriebsbedingungen verhindern kann.
  • Das Drehmomentschätzmodul 244 kann eine erreichte Drehmomentausgabe des Motors 102 ermitteln. Die erreichte Drehmomentausgabe des Motors 102 unter den aktuellen Betriebsbedingungen kann als erreichtes Luftmoment 272 bezeichnet werden. Das erreichte Luftmoment 272 kann vom Luftsteuermodul 228 verwendet werden, um die Steuerung eines oder mehrerer Luftstromparameter des Motors, wie beispielsweise Drosselklappenbereich, MAP und Phasenstellerpositionen, durchzuführen. Zum Beispiel ein APC zu Drehmomentverhältnis 273, wie beispielsweise: (1) T=f(APC,S,I,E,AF,OT,#) kann definiert werden, wobei das Drehmoment (T) das erreichte Luftmoment 272 ist und eine Funktion von Luft pro Zylinder (APC), Zündzeitpunkt (S), Einlassnockenverstellung (I), Auslassnockenverstellung (E), Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF), Öltemperatur (OT) und Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können auch berücksichtigt werden, wie z.°B. der Öffnungsgrad des Abgasrückführventils (AGR). Das APC-Drehmomentverhältnis 273 kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als Nachschlagetabelle gespeichert werden. Die verwendeten Einlass- und Auslassnockenverstellerpositionen können auf tatsächlichen Positionen beruhen, da die Phasenversteller möglicherweise in Richtung der gewünschten Positionen verfahren. Die tatsächliche Frühzündung kann zum Ermitteln des erreichten Luftmoments 272 herangezogen werden.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann den gewünschten Drosselklappenbereich 267 an das Drosselklappenstellgliedmodul 116 ausgeben. Das Drosselklappenstellgliedmodul 116 steuert dann die Drosselklappe 112 so, dass der gewünschte Drosselklappenbereich 267 erzeugt wird. Das Luftsteuermodul 228 kann den gewünschten Drosselklappenbereich 267 basierend auf der Luftmomentanforderung 265 ermitteln, wie im Folgenden weiter ausgeführt wird.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann das gewünschte MAP 266 an das Ladedruckplanungsmodul 248 ausgeben. Das Ladedruckplanungsmodul 248 steuert mit dem gewünschten MAP 266 das Ladedruckstellgliedmodul 164. Das Ladedruckstellgliedmodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z. B. den Turbolader einschließlich der Turbine 160-1 und des Verdichters 160-2) und/oder Kompressoren.
  • Das Luftsteuermodul 228 gibt den gewünschten APC 268 an das Phasenverstellerplanungsmodul 252 aus. Basierend auf dem gewünschten APC 268 und dem Drehzahlsignal, kann das Phasenverstellerplanungsmodul 252 die Positionen der Einlass- und/oder Auslassnockenversteller 148 und 150 mit dem Verstellerstellgliedmodul 158 steuern.
  • Bezugnehmend zurück auf das Zündsteuermodul 232 kann der optimale Zündzeitpunkt je nach Betriebsbedingungen des Motors variieren. Nur als Beispiel kann ein Drehmomentverhältnis umgekehrt werden, um einen gewünschten Zündzeitpunkt zu erreichen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T.sub.des) kann die gewünschte Frühzündung (S.sub.des) ermittelt werden basierend auf: (2) S.sub.des=T.sup.-1(T.sub.des,APC,I,E,AF,OT,#). Diese Beziehung kann in einer Gleichung und/oder Nachschlagetabelle dargestellt werden. Das Kraftstoff-/Luftverhältnis (AF) kann das gegenwärtige, vom Kraftstoffsteuermodul 240 angezeigte Kraftstoff-/Luftverhältnis sein.
  • Wenn die Frühzündung auf den optimalen Zündzeitpunkt gesetzt ist, kann das daraus resultierende Drehmoment so nahe wie möglich an das beste Maximaldrehmoment (MBT) gesetzt werden. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für einen gegebenen Luftstrom erzeugt wird, wenn die Frühzündung vorverlegt wird, während der Verwendung von Kraftstoff mit einer höheren Oktanzahl als eine vorbestimmte Oktanzahl und der Verwendung von stöchiometrischem Kraftstoff. Die Frühzündung, bei der das maximale Drehmoment auftritt, wird als MBT-Zündzeitpunkt bezeichnet. Der optimale Zündzeitpunkt kann sich geringfügig vom MBT-Zündzeitpunkt unterscheiden, beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (z. B. bei Verwendung von Kraftstoff mit niedrigerer Oktanzahl) und aufgrund von Umweltfaktoren. Das Motorausgangsdrehmoment beim optimalen Zündzeitpunkt kann daher niedriger als das MBT sein.
  • Die exemplarische Implementierung des ECM 114 beinhaltet auch ein Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280, ein Korrekturmodul 282 und ein Kraftstoffeinsparungs (FE)-Modussteuermodul 284.
  • Das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 ermittelt ein maximales Bremsdrehmoment für den Betrieb in einem FE-Modus (Max FE Brake Torque) 286. Das maximale FE-Bremsdrehmoment 286 entspricht einem maximalen Motorausgangsdrehmoment (Schwungrad) zum Betrieb im FE-Modus. Beim Betrieb im FE-Modus ist die Drehmomentproduktionsfähigkeit des Motors 102 begrenzt, aber das FE des Fahrzeugs wird erhöht.
  • Nur als Beispiel kann der FE-Modus ein Aktivkraftstoffmanagement (AFM)-Modus in einem Fahrzeug sein, das in der Lage ist, eine selektive Zylinderabschaltung durchzuführen, oder ein Niedrighubmodus in einem Fahrzeug, das in der Lage ist, einen variablen Ventilhub (VVL) durchzuführen. Der Betrieb im AFM-Modus kann das Deaktivieren einer vorgegebenen Anzahl (z. B. der Hälfte) der Zylinder des Motors 102 beinhalten. Der Betrieb im Niedrighubmodus kann das Öffnen mindestens eines der Einlass- und Auslassventile 122 und 130 für einen geringeren Zeitraum (als Dauer bezeichnet) und/oder in geringerem Umfang (als Hub bezeichnet) beinhalten.
  • Das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 ermittelt das maximale FE-Bremsdrehmoment 286 unter Verwendung der Beziehung 287 zwischen MAP und Drehmoment. Die MAP-zu-Drehmoment-Beziehung 287 kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als Nachschlagetabelle gespeichert werden. Zum Beispiel kann das MAP-zu-Drehmoment-Verhältnis 287 wie folgt sein: (3) T=f(MAP,S,l,E,AF,OT,#,RPM) wobei das Drehmoment (T) das maximale FE-Bremsmoment 286 ist und eine Funktion des Krümmerabsolutdrucks (MAP), des Zündzeitpunkts (S), der Einlassnockenverstellung (I), der Auslassnockenverstellung (E), des Luft-/Kraftstoffverhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT), der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) und der Motordrehzahl (RPM) ist. Zusätzliche Variablen können auch berücksichtigt werden, wie z.°B. der Öffnungsgrad des Abgasrückführventils (AGR).
  • Das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 ermittelt ein gewünschtes maximales MAP für den Betrieb im FE-Modus (gewünschtes Max FE MAP). Das MAP, das im MAP-zu-Drehmoment-Verhältnis 287 verwendet wird, kann das gewünschte maximale FE-MAP sein. Die Drehmomente, die mit dem APC-zu-Drehmoment-Verhältnis 273 und dem MAP-zu-Drehmoment-Verhältnis 287 ermittelt werden, können jedoch unter Umständen unterschiedlich sein. Das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 stellt selektiv das maximale FE-Bremsmoment 286 basierend auf einem MAP auf die Drehmomentkorrektur 288 ein, die vom Korrekturmodul 282 bereitgestellt werden kann. Das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 kann das MAP-zu-Drehmoment-Verhältnis 287 basierend auf dem MAP-zu-Drehmoment-Verhältnis 288 korrigieren, so dass ein Bremsmoment, das basierend auf dem MAP ermittelt wird, dasselbe ist wie ein Bremsmoment, das basierend auf dem APC unter Verwendung des APC-zu-Drehmoment-Verhältnisses 273 ermittelt wird.
  • Das gewünschte maximale FE MAP ist ein MAP, das einem gewünschten Mindestvakuum für den Betrieb im FE-Modus (gewünschtes Min FE-Vakuum) entspricht. Das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 wandelt das gewünschte maximale FE MAP in ein gewünschtes maximales APC für den Betrieb im FE-Modus (gewünschte maximale FE APC) unter Verwendung einer MAP-zu-APC-Beziehung 289 um.
  • Ein APC, das durch die Umwandlung eines MAP in das APC unter Verwendung der MAP-zu-APC-Beziehung 289 ermittelt wird, kann sich jedoch von einem tatsächlichen APC unterscheiden, wenn er mit dem gewünschten maximalen FE-MAP betrieben wird. Dementsprechend passt das Maximaldrehmomentbestimmungsmodul 280 selektiv den gewünschten maximalen FE-APC basierend auf einer MAP-zu-APC-Korrektur 290 an, die vom Korrekturmodul 282 bereitgestellt werden kann.
  • Das FE-Modus-Steuermodul 284 ermittelt ein maximales Geräusch-, Vibrations- und Rauheitsmoment (NVH) für den Betrieb im FE-Modus (Max NVH Drehmoment). Das maximale NVH-Drehmoment entspricht einem maximalen Motordrehmoment während des Betriebs im FE-Modus, oberhalb dessen mehr als ein vorgegebenes NVH-Niveau in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs auftreten kann.
  • Das FE-Modus-Steuermodul 284 stellt ein maximales Drehmoment für den FE-Modus (Max FE Drehmoment) 291 ein, das einem kleineren des maximalen FE-Bremsmoments 286 und des maximalen NVH-Drehmoments entspricht. Das FE-Modus-Steuermodul 284 löst selektiv den Eintritt in den FE-Modus (wenn es nicht im FE-Modus arbeitet) und selektiv den Austritt aus dem FE-Modus (wenn es im FE-Modus arbeitet) basierend auf dem maximalen FE-Drehmoment 291 aus. Das FE-Modus-Steuermodul 284 erzeugt ein FE-Modus-Signal 292, das angibt, ob der Motor 102 im FE-Modus betrieben werden soll.
  • Das FE-Modus-Steuermodul 284 liefert das maximale FE-Drehmoment 291 und das FE-Modus-Signal 292 an das Luftsteuermodul 228. Das Luftsteuermodul 228 begrenzt die Luftmomentanforderung 265 auf das maximale FE-Drehmoment 291, wenn das FE-Modus-Signal 292 anzeigt, dass der Motor 102 im FE-Modus gesteuert werden soll. Das Luftsteuermodul 228 ermittelt basierend auf der Luftmomentanforderung 265 das gewünschte MAP 266, den gewünschten Drosselbereich 267 und den gewünschten APC 268.
  • Unter Bezugnahme auf 3 und erneut auf die 1 bis 2 ist ein Steuerungsverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart 300 der vorliegenden Offenbarung für einen mehrstufigen Ventiltrieb vorgesehen, das auf einem verstärkten Motorsystem eingesetzt werden kann. Der mehrstufige Ventiltrieb verfügt über eine Gleitnocke, die mehrere Betriebsarten und damit mehrere Auswahlmöglichkeiten zwischen den Betriebsarten ermöglicht, um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren. Während des Betriebs in einem Low-Lift-Modus kann die Nockenwelle im Vergleich zum Betrieb in einem anderen Lift-Modus (z. B. High-Lift-Modus) ein zugehöriges Ventil eines Zylinders in geringerem Umfang und/oder für eine geringere Zeitspanne öffnen. Wie vorstehend erwähnt, kann der FE-Modus ein Aktivkraftstoffmanagement (AFM)-Modus in einem Fahrzeug sein, das in der Lage ist, eine selektive Zylinderabschaltung durchzuführen, oder ein Niedrighubmodus in einem Fahrzeug, das in der Lage ist, einen variablen Ventilhub (VVL) durchzuführen. Der Betrieb im AFM-Modus kann das Deaktivieren einer vorgegebenen Anzahl (z. B. der Hälfte) der Zylinder des Motors 102 beinhalten. Wenn der AFM-Modus aktiviert ist, kann das Zylinderstellgliedmodul 120 eine vordefinierte Gruppe von Zylindern (z. B. die Hälfte) gemeinsam deaktivieren.
  • Gemäß mehreren Aspekten kann das Steuerverfahren zum Auswählen eines optimalen mehrstufigen Betriebsmodus 300 der vorliegenden Offenbarung auch in einem AFM-Motor mit Verstärkung, z. B. mit 2 Betriebsarten mit Verstärkung, in einem Viermodus-AFM-Motor mit 8, 6, 4 oder 2 Zylindern oder einem Viermodus-Motor mit unterschiedlicher Hubfähigkeit, wie beispielsweise einem Viermodus-Hubmotor mit zum Beispiel höchstem Hub, hohem Hub, mittlerem Hub und niedrigem Hub, verwendet werden.
  • Gemäß mehreren Aspekten kann das Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart 300 der vorliegenden Offenbarung auch Folgendes beinhalten: Priorisieren von mindestens drei Modi, einschließlich eines ersten Modus mit einer höchsten Drehmomentkapazität bei geringstem Kraftstoffverbrauch, eines zweiten Modus mit einer mittleren Drehmomentkapazität unter der höchsten Drehmomentkapazität und mit einer mittleren Kraftstoffeffizienz über der niedrigsten v, und eines dritten Modus mit einer niedrigsten Drehmomentkapazität, die niedriger ist als die mittlere Drehmomentkapazität und mit einer höchsten Kraftstoffeffizienz, die höher ist als die mittlere Kraftstoffeffizienz; Anwenden von Drehmomentbeschränkungsdaten und NV-Beschränkungsdaten (Geräusch und Vibration) auf jeden der priorisierten Modi; und Durchführen einer Modusbestimmungsarbitrierung für die priorisierten Modi mit den Drehmomentbeschränkungsdaten und den Vibrationsbeschränkungsdaten, die angewendet werden, um zu identifizieren, ob eine Änderung des Modus erforderlich ist.
  • Gemäß mehreren Aspekten beinhalten die mehrstufigen Motorbetriebsmodi der vorliegenden Offenbarung für einen exemplarischen 4-Zylinder-Motor die Auswahl eines Modus mit voller Drehmomentkapazität (FTC), bei dem alle vier Zylinder mit hohem Hub betrieben werden, einen ersten Sparmodus mit reduzierter Kapazität (RCE1), bei dem alle vier Zylinder bei niedrigem Hub arbeiten, und einen zweiten Sparmodus mit reduzierter Kapazität (RCE2), bei dem zwei der vier Zylinder bei niedrigem Hub mit deaktivierten zwei Zylindern arbeiten. Ein vergleichbarer Betrieb für ein System mit mehr oder weniger als 4 Zylindern beinhaltet die Auswahl eines Modus mit voller Drehmomentkapazität (FTC), bei dem alle Zylinder mit hohem Hub betrieben werden, eines ersten Sparmodus mit reduzierter Kapazität (RCE1), bei dem alle Zylinder mit niedrigem Hub betrieben werden, und eines zweiten Sparmodus mit reduzierter Kapazität (RCE2), bei dem die Hälfte der Zylinder oder mindestens ein Zylinder deaktiviert ist, die Hälfte oder weniger als alle Zylinder mit niedrigem Hub betrieben werden.
  • Um die Betriebsart mit dem besten Wirkungsgrad und der besten Fahrbarkeit zu wählen, werden die Drehmomentschwellen für jede der drei Betriebsarten in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl und den Drehmomentbedingungen berechnet. Die Kraftstoffeffizienz jedes der drei Modi wird unter Verwendung von Daten aus einer oder mehreren Nachschlagetabellen für den Kraftstoffdurchfluss in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Drehmoment ermittelt. Die Daten in jeder Nachschlagetabelle können durch den Betrieb des Antriebsstrangs auf einem Dynamometer vorgegeben werden. Jeder der Modi wird von dem Modus mit dem niedrigsten Kraftstoffdurchfluss (am effizientesten) bis zu dem Modus mit dem höchsten Kraftstoffdurchfluss (am wenigsten effizient) eingestuft. Die Beschränkungsinformationen werden dann einbezogen, und die Arbitrierung wird durchgeführt, um den effizientesten Modus zu identifizieren, der durch die gegebenen Beschränkungen für die Modusauswahl zulässig ist.
  • Mit weiterführender Bezugnahme auf 3 wird das Verfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart 300 gemäß mehreren Aspekten in ein erstes Segment 302 unterteilt, worin die 3 Modi basierend auf der vorhergesagten Kraftstoffersparnis priorisiert werden, ein zweites Segment 304, bei dem Einschränkungen für jeden priorisierten Modus angewendet werden, und ein drittes Segment 306, bei dem eine Modusbestimmungsarbitrierung durchgeführt wird.
  • Im ersten Segment 302 werden ein erstes Motordrehzahl (U/min)-Signal 308 und ein erstes gewünschtes Drehmomentsignal 310 in Verbindung mit den vollen Drehmomentkapazitätsdaten in einer ersten oder FTC-Nachschlagetabelle 312 verwendet. Ein zweites Motordrehzahl (U/min)-Signal 314 und ein zweites gewünschtes Drehmomentsignal 316 werden in Verbindung mit reduzierten Hubraumdaten von 4 Betätigungszylindern in einer zweiten oder RCE1-Nachschlagetabelle 318 verwendet. Ein drittes Motordrehzahl (U/min)-Signal 320 und ein drittes gewünschtes Drehmomentsignal 322 werden in Verbindung mit der reduzierten Kapazität 2 oder weniger als alle Daten des Betätigungszylinders mit niedrigem Hub in einer dritten RCE2-Nachschlagetabelle 324 verwendet. Gemäß mehreren Aspekten können die Motordrehzahl, die durch das Motordrehzahl (U/min)-Signal 308 und die Motordrehzahl, die durch das Motordrehzahl (U/min)-Signal 314 dargestellt wird, im Wesentlichen gleich sein. Die Motordrehzahl, die durch das Motordrehzahl (U/min)-Signal 320 repräsentiert wird, kann gleich oder größer als die anderen beiden Drehzahlsignale sein, da der Schlupf des Drehmomentwandlers im RCE2-Zweizylinder-Low-Lift-Betrieb erzeugt wird, der aufgrund von NV-Beschränkungen erforderlich ist. Die in die FTC-Nachschlagetabelle 312 eingegebenen Daten erzeugen ein vorhergesagtes FTC-Kraftstoffdurchflusssignal 326, die in die RCE1-Nachschlagetabelle 318 eingegebenen Daten erzeugen ein vorhergesagtes RCE1-Kraftstoffdurchflusssignal 330 und die in die RCE2-Nachschlagetabelle 324 eingegebenen Daten erzeugen ein vorhergesagtes RCE2-Kraftstoffdurchflusssignal 332.
  • Das FTC-Kraftstoffdurchflusssignal 326, das Kraftstoffdurchflusssignal RCE1 330 und das Kraftstoffdurchflusssignal RCE2 332 werden jeweils an ein Sortiermodul 328 übermittelt. Das Sortiermodul 328 sortiert die drei Kraftstoffdurchflusssignale 326, 330, 332, die mit Hilfe der Nachschlagetabelle erzeugt wurden, zwischen dem niedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss 334, dem nächst- oder zweitniedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss 336 und dem höchsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss 338. Jeder der niedrigsten vorausgesagten Kraftstoffdurchflussmengen 334, der zweitniedrigste vorausgesagte Kraftstoffdurchfluss 336 und der höchste vorausgesagte Kraftstoffdurchfluss 338 werden dann in einer RAM-Einheit 340 gespeichert.
  • Die Daten, die in der Kraftstoffersparnismodus-RAM-Einheit 340 gespeichert sind, werden als bester Sparmodus-Ausgang 342 an jeweils einen zulässigen Modusauswerter 344 und ein Arbitriermodul 346 weitergeleitet. Der zulässige Modusauswerter 344 empfängt Einschränkungseingabedaten, einschließlich der Drehmomentbegrenzungsdaten 348 und der Geräusch- und Vibrations-(NV)-Beschränkungsdaten. Basierend auf den Beschränkungsdaten speichert ein erster RAM-Abschnitt 354 das Ergebnis, wenn der FTC-Modus zulässig oder nicht zulässig ist, ein zweiter RAM-Abschnitt 356 speichert das Ergebnis, wenn der RCE1-Modus zulässig oder nicht zulässig ist, und ein dritter RAM-Abschnitt 358 speichert das Ergebnis, wenn der RCE2-Modus zulässig oder nicht zulässig ist. Der Modus, der für den höchsten Kraftstoffverbrauch eingestuft ist, der auch als zulässig gekennzeichnet ist, wird als zulässiges Modussignal 360 vom zulässigen Modusauswerter 344 an jedes der Arbitrierungsmodule 346 und ein Modusbestimmungsmodul 362 übertragen.
  • Das Arbitriermodul 346 wertet unter Verwendung des besten Sparmodus-Ausgangs 342 aus der Sparmodus RAM-Einheit 340 und des zulässigen Modus-Signals 360 aus, ob ein fortgesetzter Betrieb im aktuellen Modus angezeigt wird oder ob ein Wechsel in einen neuen Modus angezeigt wird. Die Ausgangsentscheidung als Arbitrierungsausgangssignal 362 und das zulässige Modussignal 360 werden beide an ein Entscheidungsmodul 364 übermittelt. Das Entscheidungsmodul 364 fragt ab, ob der Modus sowohl erwünscht als auch zulässig ist. Wenn das Abfrageergebnis ja ist, wird ein Modussignal 366 ausgegeben. Wenn das Abfrageergebnis nein ist, wird der aktuelle Modus beibehalten und das System kehrt zum ersten Segment 302 zurück. Gemäß mehreren Aspekten beträgt jede Systemschleifenzeit ungefähr 25 ms.
  • Die Nachschlagetabellen liefern keine Daten darüber, ob ein gewünschtes Drehmoment schnell oder in einem bestimmten Zeitraum erreicht werden kann. Die Verfügbarkeit eines Ladedrucks als Systembeschränkung wird daher durch die folgenden Funktionen gewährleistet. Beim Betrieb im Ansaugbereich und zum Beispiel beim Betrieb mit ca. 10 Nm Motordrehmoment kann durch Öffnen der Drosselklappe ein schneller Wechsel auf ein höheres gewünschtes Drehmoment wie 140 Nm Drehmoment erreicht werden. Während des Betriebs im Ansaugbereich kann das höhere gewünschte Drehmoment schnell erreicht werden (z.B. ungefähr 150 ms). Wenn der Motor jedoch beispielsweise mit einem Drehmoment von 140 Nm betrieben wird und eine schnelle Anfrage eingegeben wird, um ein wesentlich höheres Drehmoment zu erreichen, wie beispielsweise 300 Nm Motordrehmoment, muss ein Ladedruck aufgebaut werden. Diese Änderung des Drehmoments kann je nach Motordrehzahl etwa eine Sekunde dauern. Durch den Wechsel von Low-Lift auf High-Lift kann die Änderung des Motordrehmoments jedoch schneller erreicht werden.
  • Wenn der Betrieb im kraftstoffeffizienten Low-Lift RCE1-Modus erfolgt und die Anforderung an das Drehmoment des Fahrers mit einer allmählich ansteigenden Rate steigt, ist es wünschenswert, dass das System im Low-Lift-Modus (RCE1) verbleibt und sich unter Verwendung des Ladedrucks langsam auf das gewünschte Drehmoment aufbaut, da es kraftstoffsparender ist. Der Ladedruck nimmt zu, denn der Turbolader muss sich aufspulen, um Luft zu verdichten. Wenn die Erhöhung der Drehmomentanforderung des Fahrers jedoch schnell ist, ist es wünschenswert, aus dem aktuellen Low-Lift RCE1-Modus in den RCE2-Modus oder in den Modus mit der vollen Drehmomentkapazität (FTC) zu springen.
  • Um den Ladedruck als Beschränkung in das System zu integrieren, wird für jede Betriebsart, die vom aktuellen Ladedruck abhängig ist, eine maximale Drehmomentkapazität berechnet. Um den Wert des Ladedrucks in jedem Modus zu ermitteln, wird ein Gesamteinlassluftdruck (TIAP) gemessen, der den aktuellen Ladedruck anzeigt. Auf die Drehmomentanforderung wird ein Filter angewendet. Um einen Spielraum zu schaffen, der es ermöglicht, während einer langsamen Drehmomentänderungsanforderung (d. h. der Beschleunigerwechsel des Fahrers ist langsam) einen aktuellen kraftstoffeffizienten Modus beizubehalten, wird ein Versatz auf jede maximale Drehmomentkapazität angewendet. Die gefilterte Drehmomentanforderung wird dann mit der maximalen Drehmomentkapazität plus dem Versatz verglichen, um festzustellen, ob ein Moduswechsel erforderlich ist. Das Maximalkapazitätsmoment RCE1 und das Maximalkapazitätsmoment RCE2 werden dabei in Drehmomentbegrenzungen umgewandelt.
  • Bezogen auf 4 und wiederum auf 3 zeigt ein Diagramm 368 einen Drehmomentbereich 370 und einen Zeitraum 372. Ein langsamer Austrittsschwellenwert 374 wird zu einem exemplarisch gebundenen RCEx Maximaldrehmoment 376 hinzugefügt, wobei RCEx entweder das RCE1 Maximaldrehmoment oder das RCE2 Maximaldrehmoment sein kann. Ein langsamer Austrittsversatz 377 definiert eine Differenz zwischen dem langsamen Austrittsschwellenwert 374 und dem maximalen RCEx Drehmoment 376. Ein schneller Austrittsschwellenwert 378 wird ebenfalls zu dem beschränkten maximalen RCEx Drehmoment 376 hinzugefügt. Ein schneller Austrittsversatz 379 definiert eine Differenz zwischen dem schnellen Austrittsschwellenwert 378 und dem maximalen RCEx Drehmoment 376. Es wird eine Drehmomentanforderung 380 sowie eine gefilterte Drehmomentanforderung 382 angezeigt. Die gefilterte Drehmomentanforderung 382 überschreitet das maximale RCEx-Drehmoment 376 nicht, bis ein erster Drehmomentpunkt 384 erreicht ist. Nach Überschreitung des maximalen RCEx Drehmoments 376 und dem Aufbau des Ladedrucks ermöglicht die Verwendung des langsamen Ausgangsversatzes 377, dass das System im RCEx-Modus mit reduzierter Kapazität der gefilterten Drehmomentanforderung 382 bis zu einem zweiten Drehmomentpunkt 386 verbleibt. Nachdem der zweite Drehmomentpunkt 386 erreicht ist, meldet das System eine Verschiebung vom aktuellen reduzierten Kapazitätsmodus RCEx in einen höheren Modus. Eine zusätzliche Zeitspanne 388 zwischen dem ersten Drehmomentpunkt 384 und dem zweiten Drehmomentpunkt 386 ermöglicht den weiteren Betrieb im kraftstoffeffizienteren reduzierten Kapazitätsmodus RCEx. Wie angezeigt, überschreitet die Drehmomentanforderung 380 zu keinem Zeitpunkt den schnellen Austrittsschwellenwert 378.
  • Bezogen auf 5 und wiederum auf die 3 bis 4 zeigt ein Diagramm 390 einen Drehmomentbereich 392 und einen Zeitraum 394. Ein langsamer Austrittsschwellenwert 396 wird zu einem exemplarisch gebundenen RCEx Maximaldrehmoment 398 hinzugefügt, wobei RCEx entweder das RCE1 Maximaldrehmoment oder das RCE2 Maximaldrehmoment sein kann. Ein langsamer Austrittsversatz 399 definiert eine Differenz zwischen dem langsamen Austrittsschwellenwert 396 und dem maximalen RCEx Drehmoment 398. Ein schneller Austrittsschwellenwert 400 wird ebenfalls zu dem beschränkten maximalen RCEx Drehmoment 398 hinzugefügt. Ein schneller Austrittsversatz 401 definiert eine Differenz zwischen dem schnellen Austrittsschwellenwert 400 und dem maximalen RCEx Drehmoment 398. Es wird eine Drehmomentanforderung 402 sowie eine gefilterte Drehmomentanforderung 404 angezeigt. Die gefilterte Drehmomentanforderung 404 übertrifft das maximale RCEx-Drehmoment 398 bei einem ersten Drehmomentpunkt 406, jedoch überschreitet die gefilterte Drehmomentanforderung 404 in diesem Beispiel nicht den langsamen Austrittsschwellenwert 396. Die Drehmomentanforderung 402 überschreitet bei einem zweiten Drehmomentpunkt 408 den schnellen Austrittsschwellenwert 400. Nach Überschreiten des schnellen Austrittsschwellenwerts 400 meldet das System eine Verschiebung vom aktuellen reduzierten Kapazitätsmodus RCEx in einen höheren Modus.
  • Wie hierin verwendet, können die mindestens zwei Betriebsarten mit variabler Kapazität Modi beinhalten, die einen variablen Ventilhub pro Zylinder definieren, oder Modi, die eine Zylinderabschaltung definieren, oder Kombinationen aus beiden. Die mindestens zwei Betriebsarten mit variabler Kapazität können auch einen AFM-Motor mit Verstärkung beinhalten, wie beispielsweise einen 2-Modus-Betrieb mit Verstärkung. Die mindestens zwei Betriebsarten mit variabler Kapazität können auch einen AFM-Motor mit vier (4) Betriebsarten beinhalten, wobei zwischen 8 Betätigungszylindern, 6 Betätigungszylindern, 4 Betätigungszylindern oder 2 Betätigungszylindern gewählt werden kann. Wie hierin erwähnt, können die mindestens zwei Betriebsarten mit variabler Kapazität auch einen Motor mit vier (4) Betriebsarten mit unterschiedlichem Hub (höchster Hub, hoher Hub, mittlerer Hub und niedriger Hub) beinhalten. Wie ebenfalls hierin angemerkt, können die mindestens zwei Betriebsarten mit variabler Kapazität einen ersten Modus, der einen Modus mit voller Drehmomentkapazität (FTC) definiert, der alle Zylinder mit hohem Hub betreibt, einen zweiten Modus, der einen ersten Modus mit reduzierter Kapazität (RCE1) mit allen Zylindern mit niedrigem Hub definiert, und einen dritten Modus, der einen zweiten Modus mit reduzierter Kapazität (RCE2) mit weniger als allen Zylindern, die in Betrieb sind, beinhaltet.
  • Ein Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehören das Bereitstellen der effizientesten Betriebsart in einem Mehrmodus-Betriebssystem durch eine Priorisierung der Kraftstoffeffizienz für verschiedene Betriebsarten, das Einbeziehen einer Verstärkung als Einschränkung in das System und die Verwendung von Schwellenwerten, um den Betriebsbereich innerhalb eines aktuellen Modus mit reduzierter Kapazität zu erweitern.

Claims (1)

  1. Steuerverfahren zum Auswählen einer optimalen mehrstufigen Betriebsart für ein mehrzylindriges Kraftfahrzeugmotorsystem (100) mit variablem Hub, umfassend: Priorisieren eines Modus mit voller Drehmomentkapazität (FTC), bei dem alle Zylinder (102) mit hohem Hub arbeiten, eines ersten Wirtschaftlichkeitsmodus mit reduzierter Kapazität (RCE1), bei dem alle Zylinder (102) mit niedrigem Hub arbeiten, und eines zweiten Wirtschaftlichkeitsmodus mit reduzierter Kapazität (RCE2), bei dem weniger als alle Zylinder (102) mit niedrigem Hub arbeiten, wobei mindestens ein Zylinder (102) deaktiviert ist, wobei die Priorisierung auf dem vorhergesagten Kraftstoffverbrauch eines jeden Modus basiert; Sortieren der priorisierten Modi zwischen einem Modus mit dem niedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss, einem Modus mit dem nächst- oder zweitniedrigsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss und einem Modus mit dem höchsten vorhergesagten Kraftstoffdurchfluss; Anwenden mehrerer Beschränkungen auf jeden der priorisierten Modi, einschließlich einer Verstärkung als eine der Beschränkungen, die als maximale Drehmomentkapazität für jeden der Modi in Abhängigkeit eines aktuellen Ladedrucks berechnet wird, Hinzufügen eines langsamen Austrittsversatzes und eines schnellen Austrittsversatzes zur maximalen Drehmomentkapazität eines jeden Modus; und Durchführen einer Modusbestimmungsbeurteilung, um zu ermitteln, ob ein Moduswechsel erforderlich ist, wenn entweder der langsame Austrittsversatz oder der schnelle Austrittsversatz überschritten wird.
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